JP2016116167A - Imaging device - Google Patents

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Hokuto Seo
北斗 瀬尾
俊克 堺
Toshikatsu Sakai
俊克 堺
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device capable of obtaining both images at a plurality of view points and an image of high resolution.SOLUTION: An imaging device includes: a first lens; a first imaging element imaging first transmitted light of a predetermined ratio in light transmitting through the first lens and allowing light other than the first transmitted light in light transmitting through the first lens to transmit therethrough; a second lens allowing second transmitted light transmitting through the first imaging element to transmit therethrough; and a second imaging element to image the second transmitted light transmitting through the second lens. The second lens is a lens for forming a plurality of view point images on the second imaging element, and the second imaging element outputs imaging signals of a plurality of view points.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus.

従来より、異なる視点で撮影された複数のサブ画像を含むライトフィールド画像から再構成画像を生成する画像生成装置において、前記ライトフィールド画像を撮影した際の撮影パラメータを取得するパラメータ取得部と、前記撮影パラメータに基づいて、前記ライトフィールド画像に含まれる前記サブ画像の領域を定めた領域情報を取得する情報取得部と、前記再構成画像を構成する再構成画素と、前記領域情報によって定められたサブ画像の領域にあるサブ画素と、の対応を定義する定義部と、前記再構成画素の画素値を、前記対応するサブ画素の画素値に基づいて決定することにより、前記再構成画像を生成する生成部と、撮影パラメータの条件が対応付けられた複数の領域情報を記憶する記憶部と、を備え、前記情報取得部は、前記記憶部に記憶された複数の領域情報から、前記パラメータ取得部が取得した撮影パラメータに合致する領域情報を取得する、ことを特徴とする画像生成装置がある(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, in an image generation apparatus that generates a reconstructed image from a light field image including a plurality of sub-images captured from different viewpoints, a parameter acquisition unit that acquires a capturing parameter when the light field image is captured; An information acquisition unit that acquires area information that defines an area of the sub-image included in the light field image, a reconstructed pixel that forms the reconstructed image, and the area information, based on the shooting parameter A definition unit that defines a correspondence with a sub-pixel in a sub-image area, and a pixel value of the re-constructed pixel is determined based on a pixel value of the corresponding sub-pixel to generate the re-constructed image And a storage unit that stores a plurality of area information associated with imaging parameter conditions, and the information acquisition unit includes: A plurality of area information stored in 憶部 obtains area information matches the imaging parameter and the parameter acquisition unit has acquired, it is an image generating device according to claim (e.g., see Patent Document 1).

特許第5310837号Japanese Patent No. 5310837

ところで、従来の画像生成装置では、得られる画像の画素数は、画像生成装置の総画素数を視点数で割った画素数となり、視点数と画素数はトレードオフの関係にあるため、解像度の高い画像を得ることは困難である。   By the way, in the conventional image generation device, the number of pixels of the obtained image is the number of pixels obtained by dividing the total number of pixels of the image generation device by the number of viewpoints, and the number of viewpoints and the number of pixels are in a trade-off relationship. It is difficult to obtain a high image.

そこで、複数の視点についての画像と、解像度の高い画像との両方を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can acquire both images for a plurality of viewpoints and images with high resolution.

本発明の実施の形態の撮像装置は、第1レンズと、前記第1レンズを透過する光のうちの所定割合の第1透過光を撮像するとともに、前記第1レンズを透過する光のうちの前記第1透過光以外の光を透過する、第1撮像素子と、前記第1撮像素子を透過する第2透過光を透過する第2レンズと、前記第2レンズを透過した前記第2透過光を撮像する第2撮像素子とを含み、前記第2レンズは、前記第2撮像素子に複数の視点像を形成するレンズであり、前記第2撮像素子は、複数の視点についての撮像信号を出力する。   An imaging apparatus according to an embodiment of the present invention images a first lens and a predetermined ratio of first transmitted light out of light transmitted through the first lens, and includes the first lens and the light transmitted through the first lens. A first imaging element that transmits light other than the first transmitted light; a second lens that transmits second transmitted light that transmits through the first imaging element; and the second transmitted light that transmits through the second lens. And the second lens is a lens that forms a plurality of viewpoint images on the second image sensor, and the second image sensor outputs imaging signals for a plurality of viewpoints. To do.

複数の視点についての画像と、解像度の高い画像との両方を取得することができる撮像装置を提供することができる。   It is possible to provide an imaging apparatus that can acquire both images for a plurality of viewpoints and images with high resolution.

実施の形態1の撮像装置100を示す図である。1 is a diagram illustrating an imaging apparatus 100 according to Embodiment 1. FIG. 撮像装置100の動作を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the imaging apparatus 100. 撮像装置100の動作を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the imaging apparatus 100. 撮像素子120とレンズ130の具体例を示す図である。3 is a diagram illustrating a specific example of an image sensor 120 and a lens 130. FIG. 撮像装置100で得られる画像を示す図である。3 is a diagram illustrating an image obtained by the imaging apparatus 100. FIG. 実施の形態1の第2変形例による撮像装置100の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the imaging device 100 by the 2nd modification of Embodiment 1. FIG. 実施の形態2の撮像装置200を示す図である。6 is a diagram illustrating an imaging apparatus 200 according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の撮像装置200の撮像素子120とレンズ230の具体例を示す図である。6 is a diagram illustrating a specific example of an imaging element 120 and a lens 230 of the imaging apparatus 200 according to Embodiment 2. FIG.

以下、本発明の撮像装置を適用した実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments to which the imaging apparatus of the present invention is applied will be described.

<実施の形態1>
図1は、実施の形態1の撮像装置100を示す図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram illustrating an imaging apparatus 100 according to the first embodiment.

撮像装置100は、レンズ110、撮像素子120、レンズ130、及び撮像素子140を含む。図1には、レンズ110、撮像素子120、レンズ130、及び撮像素子140の配置を示すが、実際には、これらは筐体に取り付けられた状態で、図1に示すように配置される。   The imaging apparatus 100 includes a lens 110, an imaging element 120, a lens 130, and an imaging element 140. FIG. 1 shows the arrangement of the lens 110, the image sensor 120, the lens 130, and the image sensor 140. In actuality, these are arranged as shown in FIG.

レンズ110は被写体に最も近い位置に配置され、レンズ110、撮像素子120、レンズ130、及び撮像素子140は、被写体から見てこの順に配置される。   The lens 110 is disposed at a position closest to the subject, and the lens 110, the image sensor 120, the lens 130, and the image sensor 140 are disposed in this order as viewed from the subject.

レンズ110は、通常のデジタルスチルカメラやデジタルムービーカメラ、銀塩フィルムカメラ等に使用される通常のレンズ(レンズ群)である。   The lens 110 is a normal lens (lens group) used for a normal digital still camera, digital movie camera, silver salt film camera, or the like.

撮像素子120と撮像素子140は同様の構成を有するため、ここでは、撮像素子120と140をまとめて説明する。   Since the image sensor 120 and the image sensor 140 have the same configuration, the image sensors 120 and 140 will be described together here.

撮像素子120及び140は、光電変換部と、光電変換部を走査し信号を読み出すための信号読み出し回路部とを有する。光電変換部と信号読み出し回路部は、同一平面上に形成してもよく、また、信号読み出し回路部の上に光電変換部を形成してもよい。   The image sensors 120 and 140 include a photoelectric conversion unit and a signal readout circuit unit for scanning the photoelectric conversion unit and reading out signals. The photoelectric conversion unit and the signal readout circuit unit may be formed on the same plane, or the photoelectric conversion unit may be formed on the signal readout circuit unit.

撮像素子120の信号読み出し回路部は、ガラス基板上に設けたシリコン(アモルファス、微結晶、又は多結晶のシリコン)薄膜トランジスタ、インジウム-ガリウム-亜鉛-酸化物半導体等の酸化物半導体薄膜トランジスタ等を用いた回路(薄膜材料デバイス研究会編「薄膜トランジスタ」コロナ社、参照)、あるいは、単結晶シリコン層製のMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタを備え、トランジスタ部以外の単結晶シリコン層を除去した単層あるいはそれを複数積層した回路を用いることで、信号読み出し回路部が光透過性を有するものである。   The signal readout circuit portion of the image sensor 120 uses a silicon (amorphous, microcrystalline, or polycrystalline silicon) thin film transistor provided on a glass substrate, an oxide semiconductor thin film transistor such as an indium-gallium-zinc-oxide semiconductor, or the like. Circuit (refer to “Thin Film Transistor” Corona Co., Ltd., edited by Thin Film Materials and Devices Study Group), or a single-crystal silicon layer MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor with a single-crystal silicon layer other than the transistor part removed or it By using a circuit in which a plurality of layers are stacked, the signal readout circuit portion has optical transparency.

なお、撮像素子140の信号読み出し回路部は、撮像素子120の信号読み出し回路部と同様の構成を有するものでよいが、光を透過する機能を有する必要はない。   Note that the signal readout circuit unit of the image sensor 140 may have a configuration similar to that of the signal readout circuit unit of the image sensor 120, but does not need to have a function of transmitting light.

撮像素子120の光電変換部と、撮像素子140の光電変換部とは、異なる材料で構成され、撮像素子120と撮像素子140とで、光電変換する光の波長範囲が、少なくとも一部の範囲で異なるようにする。   The photoelectric conversion unit of the image sensor 120 and the photoelectric conversion unit of the image sensor 140 are made of different materials, and the wavelength range of light that is photoelectrically converted by the image sensor 120 and the image sensor 140 is at least a partial range. To be different.

また、撮像素子120及び140は、このような構成の代わりに、撮像素子120の光電変換部と、撮像素子120の光電変換部を構成する材料が同じで、かつ、撮像素子120の光電変換部を構成する材料の厚さが、波長400nm〜700nmの範囲で最大の吸収率を示す波長において、その吸収率が所定割合以下となるようになっていてもよい。所定割合は、例えば、80%である。   In addition, instead of such a configuration, the imaging elements 120 and 140 have the same material that constitutes the photoelectric conversion unit of the imaging element 120 and the photoelectric conversion unit of the imaging element 120, and the photoelectric conversion unit of the imaging element 120. The thickness of the material constituting the film may be such that the absorptance is not more than a predetermined ratio at a wavelength exhibiting the maximum absorptance in the wavelength range of 400 nm to 700 nm. The predetermined ratio is, for example, 80%.

撮像素子120及び140の光電変換部には、シリコン(アモルファス又は結晶のシリコン)製のフォトダイオードの他、セレン(アモルファス、微結晶、又は多結晶のセレン)製のフォトダイオード(S. Imura et al., Appl. Phys. Lett. 104, 242101(2014)、参照)や、銅-インジウム-ガリウム-硫黄製フォトダイオード(Kikuchi, K et al., THIN SOLID FILMS 550, 635-637(2014)、参照)、亜鉛フタロシアニンやキナクリドン等の有機材料製フォトダイオードを用いることができる。   The photoelectric conversion units of the image sensors 120 and 140 include a photodiode made of selenium (amorphous, microcrystalline, or polycrystalline selenium) in addition to a photodiode made of silicon (amorphous or crystalline silicon) (S. Imura et al. , Appl. Phys. Lett. 104, 242101 (2014)) and copper-indium-gallium-sulfur photodiodes (Kikuchi, K et al., THIN SOLID FILMS 550, 635-637 (2014)) ), Photodiodes made of organic materials such as zinc phthalocyanine and quinacridone can be used.

以上のような構成により、撮像素子120は、撮像素子140で撮像可能な光の一部を透過する機能を有する。   With the above configuration, the image sensor 120 has a function of transmitting a part of light that can be imaged by the image sensor 140.

レンズ130は、ピンホールレンズやマイクロレンズ等を平面状に並べたレンズ群であり、撮像素子120の光入射面(図中左側の面)とは反対側の面(図中右側の面)に形成される。撮像素子120を透過した光は、レンズ130を通過することにより撮像素子140上に複数の視点像を形成する。実施の形態1では、レンズ130がピンホールレンズである形態について説明する。   The lens 130 is a lens group in which pinhole lenses, microlenses, and the like are arranged in a planar shape, and is on a surface (right surface in the drawing) opposite to the light incident surface (left surface in the drawing) of the image sensor 120. It is formed. The light transmitted through the image sensor 120 passes through the lens 130 to form a plurality of viewpoint images on the image sensor 140. In the first embodiment, a mode in which the lens 130 is a pinhole lens will be described.

撮像素子140は、レンズ130のピンホールによって形成される複数の視点像を撮像する。   The image sensor 140 captures a plurality of viewpoint images formed by the pinholes of the lens 130.

次に、図2及び図3を用いて、撮像装置100の動作について説明する。図2及び図3は、撮像装置100の動作を説明する図である。図2及び図3では、被写体1を点1〜25に分けて、撮像素子120の画素数が25である場合について説明する。また、レンズ130は、撮像素子120の画素3、8、13、18、23に対応した位置に配置される5つのピンホール131を有する。レンズ130は、5つの視点による画像を撮像素子140に形成するために、5つのピンホール131を有している。   Next, the operation of the imaging apparatus 100 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the imaging apparatus 100. FIG. 2 and 3, the case where the subject 1 is divided into points 1 to 25 and the number of pixels of the image sensor 120 is 25 will be described. The lens 130 has five pinholes 131 arranged at positions corresponding to the pixels 3, 8, 13, 18, and 23 of the image sensor 120. The lens 130 has five pinholes 131 in order to form images from five viewpoints on the image sensor 140.

また、レンズ110は、5つの視点による画像を実現するために、5つの領域a〜eが含まれるように設計されている。例えばレンズ110の口径比をF、焦点距離をf、撮像素子120および撮像素子140の画素サイズをp、撮像素子120および撮像素子140間の距離をlとすると、l/Fp>5となるように、レンズ110の口径比Fを定め、撮像素子120をレンズ110の焦点距離の位置fに、撮像素子140を撮像素子120からlだけ離して配置する。   The lens 110 is designed to include five regions a to e in order to realize an image from five viewpoints. For example, assuming that the aperture ratio of the lens 110 is F, the focal length is f, the pixel size of the image sensor 120 and the image sensor 140 is p, and the distance between the image sensor 120 and the image sensor 140 is l, l / Fp> 5. In addition, the aperture ratio F of the lens 110 is determined, the image sensor 120 is disposed at the focal length position f of the lens 110, and the image sensor 140 is disposed at a distance l from the image sensor 120.

撮像素子120は、1つのレンズ群と1つの撮像デバイスを有する通常のカメラと全く同じ動作をする。   The image sensor 120 performs exactly the same operation as a normal camera having one lens group and one imaging device.

被写体1の点1〜25の像は、撮像素子120の画素1〜25上に投影され、撮像素子120により、点1〜25についての25個の撮像信号が得られる。すなわち、撮像素子120の総画素数に等しい解像度の像が得られる。   Images of the points 1 to 25 of the subject 1 are projected onto the pixels 1 to 25 of the image sensor 120, and 25 image signals for the points 1 to 25 are obtained by the image sensor 120. That is, an image having a resolution equal to the total number of pixels of the image sensor 120 is obtained.

また、レンズ130における制限により、撮像素子120の画素3、8、13、18、23を透過した光のみ、すなわち被写体1の点3、8、13、18、23で反射された光のみが撮像素子140に到達する。撮像素子140には、画素3c、3d、3e、8a、8b、8c、8d、8e、13a、13b、13c、13d、13e、18a、18b、18c、18d、18e、23a、23b、23cを示す。   Further, due to the restriction in the lens 130, only the light transmitted through the pixels 3, 8, 13, 18, 23 of the image sensor 120, that is, only the light reflected by the points 3, 8, 13, 18, 23 of the subject 1 is imaged. The element 140 is reached. The image sensor 140 includes pixels 3c, 3d, 3e, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 23a, 23b, and 23c. .

図3には、撮像素子140の動作を説明するために、被写体1の点8から反射された光線のみを示す。被写体1の点8から反射された光は、レンズ110により集光され、撮像素子120の画素8で結像する。   FIG. 3 shows only light rays reflected from the point 8 of the subject 1 in order to explain the operation of the image sensor 140. The light reflected from the point 8 of the subject 1 is collected by the lens 110 and forms an image on the pixel 8 of the image sensor 120.

さらに、撮像素子120の画素8で撮像されずに透過した光は、レンズ130を透過して、撮像素子140に到達するが、撮像素子140の画素8aに到達するのは、レンズ110の領域aを通過した光のみである。   Further, the light transmitted without being imaged by the pixel 8 of the image sensor 120 is transmitted through the lens 130 and reaches the image sensor 140, but the light reaching the pixel 8 a of the image sensor 140 is the region a of the lens 110. Only light that has passed through.

同様に、撮像素子140の画素8b、8c、8d、8eには、それぞれレンズ110の領域b、c、d、eを通過した光のみが到達する。   Similarly, only the light that has passed through the regions b, c, d, and e of the lens 110 reaches the pixels 8b, 8c, 8d, and 8e of the image sensor 140, respectively.

その結果、撮像素子140では、被写体の点3、8、13、18、23で反射された反射光のうち、レンズ110の領域aから見た像3a、8a、13a、18a、23aと、領域bから見た像3b、8b、13b、18b、23bと、領域cから見た像3c、8c、13c、18c、23cと、領域dから見た像3d、8d、13d、18d、23dと、領域eから見た像3e、8e、13e、18e、23eが得られる。   As a result, in the image sensor 140, the image 3a, 8a, 13a, 18a, 23a viewed from the region a of the lens 110 out of the reflected light reflected by the subject points 3, 8, 13, 18, 23, and the region images 3b, 8b, 13b, 18b, 23b viewed from b, images 3c, 8c, 13c, 18c, 23c viewed from region c, images 3d, 8d, 13d, 18d, 23d viewed from region d, Images 3e, 8e, 13e, 18e, and 23e viewed from the region e are obtained.

すなわち、撮像素子140では、撮像素子140の総画素数をレンズ130の平面におけるレンズ数(ここでは5個)で割った解像度で、レンズ130の平面におけるレンズ数に相当する視点の複数の視点像が得られる。   That is, in the image sensor 140, a plurality of viewpoint images corresponding to the number of lenses on the plane of the lens 130 with a resolution obtained by dividing the total number of pixels of the image sensor 140 by the number of lenses on the plane of the lens 130 (here, five). Is obtained.

図4は、撮像素子120とレンズ130の具体例を示す図である。   FIG. 4 is a diagram illustrating a specific example of the image sensor 120 and the lens 130.

撮像素子120として、厚さ200nmの結晶セレンフォトダイオードを光電変換部に、単結晶シリコン層製のMOSトランジスタを備えトランジスタ部以外の単結晶シリコン層を除去した回路を読み出し回路部に採用した。   As the image pickup element 120, a crystal selenium photodiode having a thickness of 200 nm was used as a photoelectric conversion portion, and a circuit including a single crystal silicon layer MOS transistor and having a single crystal silicon layer other than the transistor portion removed was used as a readout circuit portion.

撮像素子120は、ガラス製支持基板10上に埋め込み酸化膜20を介して、単結晶シリコン層により半導体島領域31が構成されたMOSトランジスタ60によって構成される信号読み出し回路部を有する。より具体的には、MOSトランジスタ60(信号読み出し回路部)は、埋め込み酸化膜20上に形成される絶縁膜22の内部に形成される半導体島領域31及びソース・ドレイン領域32、ゲート絶縁膜21、ゲート電極41、信号読み出し線42、及び絶縁膜23を有する。   The image sensor 120 has a signal readout circuit section configured by a MOS transistor 60 in which a semiconductor island region 31 is configured by a single crystal silicon layer on a glass support substrate 10 with a buried oxide film 20 interposed therebetween. More specifically, the MOS transistor 60 (signal readout circuit unit) includes a semiconductor island region 31 and a source / drain region 32 formed in the insulating film 22 formed on the buried oxide film 20, and a gate insulating film 21. A gate electrode 41, a signal readout line 42, and an insulating film 23.

撮像素子120は、MOSトランジスタ60(信号読み出し回路部)に接続された画素電極43上に、光電変換膜50、対向電極44を形成して構成される。   The image sensor 120 is configured by forming a photoelectric conversion film 50 and a counter electrode 44 on a pixel electrode 43 connected to a MOS transistor 60 (signal readout circuit unit).

ここで、図4に示す形態では、絶縁膜22、23、画素電極43、及び対向電極44を可視光透過率の高い材料で形成した。フォトダイオードの上に一部が開口した金属遮光層をレンズ130として形成した。レンズ130(金属遮光層)の開口部は、ピンホール131であり、レンズ130は、ピンホールレンズを構成する。図4に示す断面構造は、2画素分に相当する。   Here, in the embodiment shown in FIG. 4, the insulating films 22 and 23, the pixel electrode 43, and the counter electrode 44 are formed of a material having a high visible light transmittance. A metal light-shielding layer having a part opened on the photodiode was formed as the lens 130. The opening of the lens 130 (metal light shielding layer) is a pinhole 131, and the lens 130 constitutes a pinhole lens. The cross-sectional structure shown in FIG. 4 corresponds to two pixels.

また、撮像素子140として、単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオード及び信号読み出し回路部で構成されたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像デバイスを採用した。   Further, as the image pickup element 140, a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) image pickup device composed of a single crystal silicon photodiode having a thickness of about 5 μm and a signal readout circuit portion is employed.

ここで、撮像素子120に用いた結晶セレンフォトダイオードは、可視域400〜650nmの光を主に吸収して光電変換するが、波長650nmよりも長い波長の光は透過する。一方、撮像素子140に用いた単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオードは、可視域400〜700nmの光を吸収して光電変換することが可能である。   Here, the crystalline selenium photodiode used for the imaging device 120 mainly absorbs light in the visible region of 400 to 650 nm and performs photoelectric conversion, but transmits light having a wavelength longer than 650 nm. On the other hand, a single crystal silicon photodiode having a thickness of about 5 μm used for the image sensor 140 can absorb light in the visible range of 400 to 700 nm and perform photoelectric conversion.

そのため、撮像素子120で波長400〜650nmの可視域の光を光電変換し、撮像素子120を透過した波長650〜700nmの可視域の光を撮像素子140で光電変換することができる。   Therefore, visible light with a wavelength of 400 to 650 nm can be photoelectrically converted with the imaging device 120, and visible light with a wavelength of 650 to 700 nm that has passed through the imaging device 120 can be photoelectrically converted with the imaging device 140.

光の入射側から順に、レンズ110、撮像素子120、レンズ130(ピンホールレンズ)、撮像素子140を配置し、また、レンズ130がレンズ110の焦点位置に設置されるよう調整すればよい。   In order from the light incident side, the lens 110, the image sensor 120, the lens 130 (pinhole lens), and the image sensor 140 may be arranged, and the lens 130 may be adjusted to be installed at the focal position of the lens 110.

図5は、撮像装置100で得られる画像を示す図である。ここでは、一例として、平仮名の「あ」を撮像装置100で撮影した場合の画像を示す。   FIG. 5 is a diagram illustrating an image obtained by the imaging apparatus 100. Here, as an example, an image when hiragana “a” is captured by the imaging apparatus 100 is shown.

図5(A)には、撮像素子120で得られる画像を示す。撮像素子120では、撮像素子120の総画素数に等しい解像度の画像が得られるため、図5(A)に示すように、撮像素子120では、解像度の高い画像が得られる。   FIG. 5A shows an image obtained by the image sensor 120. Since the image sensor 120 can obtain an image having a resolution equal to the total number of pixels of the image sensor 120, the image sensor 120 can obtain an image with a high resolution as shown in FIG.

また、図5(B)には、撮像素子140で得られる画像を示す。撮像素子140では、撮像素子140の総画素数をレンズ130の平面におけるレンズ数(ここでは5個)で割った解像度で、レンズ130の平面におけるレンズ数に相当する視点の複数の視点像が得られる。   FIG. 5B shows an image obtained by the imaging element 140. In the image sensor 140, a plurality of viewpoint images corresponding to the number of lenses on the plane of the lens 130 are obtained with a resolution obtained by dividing the total number of pixels of the image sensor 140 by the number of lenses on the plane of the lens 130 (here, five). It is done.

図5(B)には、本来5つの視点に対応して得られる5つの画像のうちの3つを示すが、図5(A)に示す画像に比べると、解像度が低いことがわかる。   FIG. 5B shows three of the five images originally obtained corresponding to the five viewpoints. It can be seen that the resolution is lower than that of the image shown in FIG.

以上のように、実施の形態1によれば、複数の視点についての画像(図5(B)参照)と、複数の視点についての画像よりも解像度の高い画像(図5(A)参照)との両方の画像を同時に取得することができる撮像装置100を提供することができる。   As described above, according to the first embodiment, an image for a plurality of viewpoints (see FIG. 5B) and an image having a higher resolution than an image for a plurality of viewpoints (see FIG. 5A). Thus, it is possible to provide the imaging apparatus 100 that can simultaneously acquire both images.

なお、以上では、波長400nm〜700nmの波長帯域について説明したが、撮像装置100が分光感度を有する帯域はこのような帯域に限られない。撮像装置100は、さらに広い帯域、さらに短波長側に広がった帯域、さらに長波長側に広がった帯域、あるいは、さらに狭い帯域について、同様に、複数の視点についての画像(図5(B)参照)と、複数の視点についての画像よりも解像度の高い画像(図5(A)参照)との両方の画像を同時に取得することができる。   In the above description, the wavelength band of wavelengths from 400 nm to 700 nm has been described. However, the band in which the imaging apparatus 100 has spectral sensitivity is not limited to such a band. Similarly, the imaging apparatus 100 can display images of a plurality of viewpoints for a wider band, a band spread to the shorter wavelength side, a band spread to the longer wavelength side, or a narrower band (see FIG. 5B). ) And an image (see FIG. 5A) having a higher resolution than images for a plurality of viewpoints can be acquired simultaneously.

また、撮像素子120及び140は、次のような形態のものであってもよい。   Further, the imaging elements 120 and 140 may have the following forms.

ここでは、第1変形例として、撮像素子120の光電変換部を厚さ200nmのキナクリドン(有機材料)フォトダイオードに置き換える形態について説明する。撮像素子120に用いた厚さ200nmのキナクリドン(有機材料)フォトダイオードは、波長480〜600nmの緑色光領域の光を主に吸収して光電変換を行い、吸収しない光は透過する。すなわち、キナクリドン(有機材料)フォトダイオードは、波長400〜480nm、600〜700nmの領域の青色光、赤色光を透過する。   Here, as a first modification, a mode in which the photoelectric conversion unit of the image sensor 120 is replaced with a quinacridone (organic material) photodiode having a thickness of 200 nm will be described. The 200 nm thick quinacridone (organic material) photodiode used for the image sensor 120 mainly absorbs light in the green light region having a wavelength of 480 to 600 nm to perform photoelectric conversion, and transmits light that is not absorbed. That is, the quinacridone (organic material) photodiode transmits blue light and red light in the wavelength region of 400 to 480 nm and 600 to 700 nm.

一方、撮像素子140に用いた単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオードは、可視域400〜700nmの光を吸収して光電変換することが可能である。   On the other hand, a single crystal silicon photodiode having a thickness of about 5 μm used for the image sensor 140 can absorb light in the visible range of 400 to 700 nm and perform photoelectric conversion.

そのため、撮像素子120で入射光の緑色領域の光を光電変換し、撮像素子120を透過した青色、赤色領域の光を撮像素子140で光電変換することができる。   Therefore, the image sensor 120 can photoelectrically convert the light in the green region of the incident light, and the image sensor 140 can photoelectrically convert the light in the blue and red regions transmitted through the image sensor 120.

光の入射側から順に、レンズ110、撮像素子120、レンズ130(ピンホールレンズ)、撮像素子140を配置し、また、レンズ130がレンズ110の焦点位置に設置されるよう調整すればよい。   In order from the light incident side, the lens 110, the image sensor 120, the lens 130 (pinhole lens), and the image sensor 140 may be arranged, and the lens 130 may be adjusted to be installed at the focal position of the lens 110.

この結果、第1変形例によれば、図5に示す画像と同様に、複数の視点についての画像(図5(B)参照)と、複数の視点についての画像よりも解像度の高い画像(図5(A)参照)との両方の画像を同時に取得することができる撮像装置100を提供することができる。   As a result, according to the first modification, similarly to the image shown in FIG. 5, an image with a plurality of viewpoints (see FIG. 5B) and an image with a higher resolution than an image with a plurality of viewpoints (see FIG. 5). 5 (A)) can be obtained at the same time, the imaging apparatus 100 can be provided.

次に、図6を用いて、第2変形例について説明する。   Next, a second modification will be described with reference to FIG.

図6は、実施の形態1の第2変形例による撮像装置100の断面構造を示す図である。図6には、2画素分の断面構造図を示す。   FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the imaging apparatus 100 according to the second modification of the first embodiment. FIG. 6 shows a cross-sectional structure diagram for two pixels.

第2変形例では、撮像素子120として、厚さ50nmの単結晶シリコンフォトダイオードを光電変換部に、単結晶シリコン層製のMOSトランジスタを備えトランジスタ部以外の単結晶シリコン層を除去した回路を読み出し回路部に採用した。   In the second modified example, as the image sensor 120, a circuit in which a single crystal silicon photodiode having a thickness of 50 nm is provided in the photoelectric conversion portion, a MOS transistor made of a single crystal silicon layer is provided, and a single crystal silicon layer other than the transistor portion is removed is read. Adopted in the circuit section.

ここでは、光電変換部と信号読み出し回路部を同一平面上に形成した。撮像素子120はガラス製支持基板10上に埋め込み酸化膜20を介して、単結晶シリコン層により半導体島領域31が形成されたMOSトランジスタ60によって構成される信号読み出し回路部を有し、MOSトランジスタ60(信号読み出し回路部)に接続された光電変換膜50で構成される。   Here, the photoelectric conversion unit and the signal readout circuit unit are formed on the same plane. The image pickup device 120 has a signal readout circuit section configured by a MOS transistor 60 in which a semiconductor island region 31 is formed of a single crystal silicon layer on a glass support substrate 10 with a buried oxide film 20 interposed therebetween. The photoelectric conversion film 50 is connected to the (signal readout circuit unit).

より具体的には、MOSトランジスタ60(信号読み出し回路部)は、埋め込み酸化膜20上に形成される半導体島領域31及びソース・ドレイン領域32、ゲート絶縁膜21、ゲート電極41、信号読み出し線42、及び絶縁膜23を有する。   More specifically, the MOS transistor 60 (signal readout circuit unit) includes a semiconductor island region 31 and a source / drain region 32 formed on the buried oxide film 20, a gate insulating film 21, a gate electrode 41, and a signal readout line 42. And an insulating film 23.

フォトダイオードの上に、一部が開口した金属遮光層をレンズ130として形成した。レンズ130の開口部は、ピンホール131である。   On the photodiode, a metal light-shielding layer having a part opened was formed as a lens 130. The opening of the lens 130 is a pinhole 131.

また、撮像素子140として、単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオード及び信号読み出し回路部で構成されるCMOS撮像デバイスを採用した。   In addition, as the image pickup element 140, a CMOS image pickup device composed of a single crystal silicon photodiode having a thickness of about 5 μm and a signal readout circuit portion was employed.

ここで、撮像素子120に用いた厚さ50nmの単結晶シリコンフォトダイオードは、可視域400〜700nmのうち、青色領域の光を約10%、緑色領域の光を約5%、赤色領域の光を約2%吸収して光電変換を行い、吸収しない光は透過する。   Here, the single-crystal silicon photodiode having a thickness of 50 nm used for the image sensor 120 has a visible region of 400 to 700 nm in which light in the blue region is about 10%, light in the green region is about 5%, and light in the red region. Is absorbed by about 2% to perform photoelectric conversion, and light that is not absorbed is transmitted.

すなわち、撮像素子120は、青色領域の光の約90%、緑色領域の光の約95%、赤色領域の光の約98%を透過する。   That is, the image sensor 120 transmits about 90% of the light in the blue region, about 95% of the light in the green region, and about 98% of the light in the red region.

一方、撮像素子140に用いた単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオードは、可視域400〜700nmの光を吸収して光電変換することが可能である。   On the other hand, a single crystal silicon photodiode having a thickness of about 5 μm used for the image sensor 140 can absorb light in the visible range of 400 to 700 nm and perform photoelectric conversion.

そのため、撮像素子120で入射光の2〜10%の光を光電変換し、撮像素子120を透過した90〜98%の光を撮像素子140で光電変換することができる。   Therefore, 2 to 10% of incident light can be photoelectrically converted by the image sensor 120, and 90 to 98% of light transmitted through the image sensor 120 can be photoelectrically converted by the image sensor 140.

光の入射側から順に、レンズ110、撮像素子120、レンズ130(ピンホールレンズ)、撮像素子140を配置し、また、レンズ130がレンズ110の焦点位置に設置されるよう調整すればよい。   In order from the light incident side, the lens 110, the image sensor 120, the lens 130 (pinhole lens), and the image sensor 140 may be arranged, and the lens 130 may be adjusted to be installed at the focal position of the lens 110.

この結果、第2変形例によれば、図5に示す画像と同様に、複数の視点についての画像(図5(B)参照)と、複数の視点についての画像よりも解像度の高い画像(図5(A)参照)との両方の画像を同時に取得することができる撮像装置100を提供することができる。   As a result, according to the second modification, similarly to the image shown in FIG. 5, an image for a plurality of viewpoints (see FIG. 5B) and an image with a higher resolution than an image for a plurality of viewpoints (FIG. 5 (A)) can be obtained at the same time, the imaging apparatus 100 can be provided.

以上、実施の形態1によれば、簡素な光学系で、撮像装置100の総画素数を視点数で割った画素数の低解像度の多視点画像と、撮像装置100の総画素数に等しい高解像度な1枚の画像とを同時に取得できる。   As described above, according to the first embodiment, with a simple optical system, a low-resolution multi-viewpoint image having the number of pixels obtained by dividing the total number of pixels of the imaging device 100 by the number of viewpoints and a high value equal to the total number of pixels of the imaging device 100. A single resolution image can be acquired at the same time.

すなわち、高解像な画像が得られる通常カメラと、多視点カメラ(低解像・多視点)との2つの機能を併せ持つカメラを実現できる。   That is, it is possible to realize a camera having two functions of a normal camera that can obtain a high-resolution image and a multi-view camera (low-resolution / multi-view).

また、撮像素子140で得られる多視点像から、三角測量の原理で、被写体1までの距離を算出できる。その結果,撮像素子120で得られた高解像度な画像内において,任意の被写体1までの距離を求めることができ、距離情報を含む画像が得られる。   Further, the distance to the subject 1 can be calculated from the multi-viewpoint image obtained by the image sensor 140 by the principle of triangulation. As a result, the distance to an arbitrary subject 1 can be obtained in the high-resolution image obtained by the image sensor 120, and an image including distance information is obtained.

また、低解像度の多視点像内の被写体1と、高解像度画像内の被写体1とを照合することで、多視点像内の被写体1を高解像度化できる。   Also, by comparing the subject 1 in the low-resolution multi-viewpoint image with the subject 1 in the high-resolution image, the subject 1 in the multi-viewpoint image can be increased in resolution.

<実施の形態2>
図7は、実施の形態2の撮像装置200を示す図である。
<Embodiment 2>
FIG. 7 is a diagram illustrating the imaging apparatus 200 according to the second embodiment.

撮像装置200は、実施の形態1の撮像装置100のレンズ130(ピンホールレンズ)をレンズ230(マイクロレンズ)に置き換えた構成を有する。   The imaging apparatus 200 has a configuration in which the lens 130 (pinhole lens) of the imaging apparatus 100 of Embodiment 1 is replaced with a lens 230 (microlens).

レンズ230は、撮像素子120の光入射面(図中左側の面)とは反対側の面(図中右側の面)に形成される。   The lens 230 is formed on a surface (right surface in the drawing) opposite to the light incident surface (left surface in the drawing) of the image sensor 120.

図7では、被写体1を点1〜25に分けて、撮像素子120の画素数が25である場合について説明する。また、レンズ110を領域a〜eに分けて説明する。また、レンズ230は、図7に示す断面において5つの画素に対応するマイクロレンズ231を有する。   In FIG. 7, the case where the subject 1 is divided into points 1 to 25 and the number of pixels of the image sensor 120 is 25 will be described. The lens 110 will be described by dividing it into regions a to e. Further, the lens 230 includes microlenses 231 corresponding to five pixels in the cross section shown in FIG.

レンズ230を使用する場合には、被写体の点6〜10で反射された光が、それぞれレンズ110の領域a、b、c、d、eを通り、撮像素子120で光電変換されるとともに、一部が撮像素子120を透過し、さらにレンズ230を透過して撮像素子140に入射する。   When the lens 230 is used, the light reflected from the points 6 to 10 of the subject passes through the areas a, b, c, d, and e of the lens 110 and is photoelectrically converted by the image sensor 120. The part passes through the image sensor 120 and further passes through the lens 230 and enters the image sensor 140.

被写体1の点8で反射された光線に着目すると、被写体1の点8で反射された光は、レンズ110により集光され、撮像素子120の画素8で結像する。そして、撮像素子120の画素8を透過した光は、レンズ230を透過し、撮像素子140上の画素8a、8b、8c、8d、8eに入射する。   Focusing on the light beam reflected at the point 8 of the subject 1, the light reflected at the point 8 of the subject 1 is collected by the lens 110 and forms an image on the pixel 8 of the image sensor 120. The light transmitted through the pixel 8 of the image sensor 120 passes through the lens 230 and enters the pixels 8a, 8b, 8c, 8d, and 8e on the image sensor 140.

図8は、実施の形態2の撮像装置200の撮像素子120とレンズ230の具体例を示す図である。図8には、2画素分の断面構造図を示す。   FIG. 8 is a diagram illustrating a specific example of the imaging element 120 and the lens 230 of the imaging device 200 according to the second embodiment. FIG. 8 shows a cross-sectional structure diagram for two pixels.

図8では、撮像素子120として、厚さ80nmの銅−インジウム−ガリウム−硫黄製フォトダイオードを光電変換部に用いるとともに、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物で半導体部が構成される薄膜トランジスタによって構成される回路を読み出し回路部に採用した。   In FIG. 8, the imaging element 120 is formed of a thin film transistor in which a 80 nm thick copper-indium-gallium-sulfur photodiode is used for the photoelectric conversion portion and the semiconductor portion is made of indium-gallium-zinc oxide. The circuit was adopted as the readout circuit section.

撮像素子120は、ガラス製基板上にインジウム−ガリウムー亜鉛酸化物半導体層により半導体島領域31が形成された薄膜トランジスタ61によって構成される信号読み出し回路部を有する。撮像素子120は、薄膜トランジスタ61(信号読み出し回路)と、その上に形成される光電変換膜50とを含む。   The image sensor 120 includes a signal readout circuit unit configured by a thin film transistor 61 in which a semiconductor island region 31 is formed of an indium-gallium-zinc oxide semiconductor layer on a glass substrate. The image sensor 120 includes a thin film transistor 61 (signal readout circuit) and a photoelectric conversion film 50 formed thereon.

レンズ230としては、撮像素子120の上にマイクロレンズ231をマトリクス上に配置したレンズ群を形成した。   As the lens 230, a lens group in which microlenses 231 are arranged on a matrix is formed on the image sensor 120.

撮像素子140としては、単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオード及び信号読み出し回路部で構成されるCMOS撮像デバイスを採用した。   As the imaging element 140, a CMOS imaging device composed of a single crystal silicon photodiode having a thickness of about 5 μm and a signal readout circuit portion was employed.

ここで、撮像素子120に用いた厚さ80nmの銅−インジウム−ガリウム−硫黄製フォトダイオードは、可視域400〜700nmの全波長について光を約50%吸収し光電変換を行い、吸収しない光は透過する。すなわち、撮像素子120は、可視光域400〜700nmの全波長について、入射光のうちの約50%を透過する。   Here, the copper-indium-gallium-sulfur photodiode with a thickness of 80 nm used for the image sensor 120 absorbs about 50% of light for all wavelengths in the visible range of 400 to 700 nm, performs photoelectric conversion, and does not absorb light. To Penetrate. That is, the image sensor 120 transmits about 50% of the incident light with respect to all wavelengths in the visible light range of 400 to 700 nm.

撮像素子140に用いた単結晶シリコン製の厚さ5μm程度のフォトダイオードは、可視域400〜700nmの光を吸収して光電変換することが可能である。   A photodiode made of single crystal silicon and having a thickness of about 5 μm used for the image sensor 140 can absorb light in the visible range of 400 to 700 nm and perform photoelectric conversion.

このため、撮像素子120で入射光の50%の光を光電変換し、撮像素子120を透過した残りの50%光を撮像素子140で光電変換することができる。   Therefore, the image sensor 120 can photoelectrically convert 50% of the incident light, and the image sensor 140 can photoelectrically convert the remaining 50% light transmitted through the image sensor 120.

光の入射側から順に、レンズ110、撮像素子120、レンズ230(マイクロレンズ231)、撮像素子140を配置する。また、レンズ230がレンズ110の焦点位置に設置されるとともに、撮像素子140がレンズ230の焦点位置に配置されるよう調整すればよい。   The lens 110, the image sensor 120, the lens 230 (microlens 231), and the image sensor 140 are arranged in this order from the light incident side. Further, adjustment may be made so that the lens 230 is installed at the focal position of the lens 110 and the imaging element 140 is arranged at the focal position of the lens 230.

この結果、実施の形態2によれば、図5に示す画像と同様に、複数の視点についての画像(図5(B)参照)と、複数の視点についての画像よりも解像度の高い画像(図5(A)参照)との両方の画像を同時に取得することができる撮像装置200を提供することができる。   As a result, according to the second embodiment, similarly to the image shown in FIG. 5, an image with a plurality of viewpoints (see FIG. 5B) and an image with a higher resolution than an image with a plurality of viewpoints (see FIG. 5). 5 (A)) can be obtained at the same time, the imaging device 200 can be provided.

以上、実施の形態2によれば、簡素な光学系で、撮像装置200の総画素数を視点数で割った画素数の低解像度の多視点画像と、撮像装置200の総画素数に等しい高解像度な1枚の画像とを同時に取得できる。   As described above, according to the second embodiment, with a simple optical system, a low-resolution multi-viewpoint image having the number of pixels obtained by dividing the total number of pixels of the imaging device 200 by the number of viewpoints and a high value equal to the total number of pixels of the imaging device 200. A single resolution image can be acquired at the same time.

以上、本発明の例示的な実施の形態の撮像装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。   The imaging device according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiment, and does not depart from the scope of the claims. Various modifications and changes are possible.

100 撮像装置
110 レンズ
120 撮像素子
130 レンズ
131 ピンホール
140 撮像素子
200 撮像装置
230 レンズ
231 マイクロレンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image pick-up device 110 Lens 120 Image pick-up element 130 Lens 131 Pinhole 140 Image pick-up element 200 Image pick-up device 230 Lens 231 Micro lens

Claims (4)

被写体で反射される光を透過する第1レンズと、
前記第1レンズを透過する光のうちの所定割合の第1透過光を撮像するとともに、前記第1レンズを透過する光のうちの前記第1透過光以外の光を透過する、第1撮像素子と、
前記第1撮像素子を透過する第2透過光を透過する第2レンズと、
前記第2レンズを透過した前記第2透過光を撮像する第2撮像素子と
を含み、
前記第2レンズは、前記第2撮像素子に複数の視点像を形成するレンズであり、前記第2撮像素子は、複数の視点についての撮像信号を出力する、撮像装置。
A first lens that transmits light reflected by the subject;
A first imaging device that images a predetermined ratio of the first transmitted light out of the light transmitted through the first lens and transmits light other than the first transmitted light out of the light transmitted through the first lens. When,
A second lens that transmits second transmitted light that passes through the first image sensor;
A second imaging element that images the second transmitted light that has passed through the second lens;
The image pickup apparatus, wherein the second lens is a lens that forms a plurality of viewpoint images on the second image pickup element, and the second image pickup element outputs image pickup signals for a plurality of viewpoints.
前記第1撮像素子の第1光電変換部を構成する材料と、前記第2撮像素子の第2光電変換部を構成する材料とが異なり、前記第1光電変換部と前記第2光電変換部とは、光電変換を行う光の波長範囲が少なくとも一部の範囲で異なる、請求項1記載の撮像装置。   The material constituting the first photoelectric conversion unit of the first image sensor is different from the material constituting the second photoelectric conversion unit of the second image sensor, and the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are The imaging apparatus according to claim 1, wherein a wavelength range of light for performing photoelectric conversion is different in at least a part of the range. 前記第1撮像素子の第1光電変換部と、第2撮像素子の第2光電変換部を構成する材料とは同一であり、かつ、前記第1光電変換部の厚さは、最大の吸収率を示す波長において、前記所定割合以下の吸収率を有するように設定される、請求項1記載の撮像装置。   The first photoelectric conversion unit of the first image sensor and the material constituting the second photoelectric conversion unit of the second image sensor are the same, and the thickness of the first photoelectric conversion unit is the maximum absorption rate. The imaging device according to claim 1, wherein the imaging device is set to have an absorptance equal to or less than the predetermined ratio at a wavelength of 前記第1撮像素子は、前記第1レンズの焦点位置の近傍に配置され、前記第2レンズは、前記第1撮像素子の光出射面の近傍に配置される、請求項1乃至3のいずれか一項記載の撮像装置。   4. The device according to claim 1, wherein the first image sensor is disposed in the vicinity of a focal position of the first lens, and the second lens is disposed in the vicinity of a light emitting surface of the first image sensor. The imaging device according to one item.
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